L’utilité des condensateurs de découplage

Bonjour à tous,

 

Aujourd’hui je vais expliquer quel est l’intérêt des condensateurs de découplage sur un régulateur de tension (7805 par exemple ou LM317).


LE LM7805

 

2017-10-05 18_39_34-[ Geiger _] (C__Users_F4HOK-M_Documents_Geiger)
Schéma de câblage minimum pour le régulateur
Le régulateur doit avoir au moins deux capacités, une en entrée une en sortie, cela permet d’améliorer le temps de réponse en plus de réduire considérablement l’amplitude des signaux indésirables.


CIRCUIT DE TEST

 

Pour montrer tout l’intérêt de ces condensateur, j’ai réalisé un petit circuit d’essai avec un régulateur de tension ainsi qu’un circuit intégré 4093 (portes logiques) monté en oscillateur.

2017-10-05 18_50_35-[ Geiger _] (C__Users_F4HOK-M_Documents_Geiger)
Schéma oscillateur sans aucune capacité de découplage
On utilise une porte NAND, dans un premier temps à l’allumage, le condensateur n’est pas chargé. Lorsqu’il est déchargé la porte NAND va devenir ‘ »passante ». Après un petit délai (en fonction du condensateur et de la résistance), le condensateur va être chargé et la porte NAND ne va plus alimenter la sortie car elle voit ses deux entrées au niveau haut.

Le condensateur, qui n’est plus alimenté voit sa tension chuter et repasse au niveau bas ce qui a pour conséquence que la porte redevienne passante.

Avec ces valeurs de composants on est autour de 2 kHz. C’est pas très précis et pas forcément stable mais largement suffisant pour les mesures à effectuer.


CIRCUIT SANS CONDENSATEURS; MESURES

J’alimente mon circuit via une ancienne alimentation d’ordinateur portable de 12V qui est à découpage.

SDS00001
Entrée du régulateur, 40 mV crête à crête environ

Ensuite je viens mesurer la sortie du régulateur avec une base de temps assez large par rapport à la fréquence de la porte NAND.

SDS00003
Signaux indésirables, correspondant aux commutations de la porte NAND

Je suis a peu près à 500 mV crête à crête de signaux indésirables ce qui commence à faire beaucoup pour juste une porte NAND. En prime il y a les parasites générés par l’alimentation à découpage. Je vais zoomer sur la partie négative, la plus importante en terme d’amplitude;

SDS00002
Sortie du régulateur, a ce moment la porte logique fait un appel de courant.

L’appel de courant est très bref, il n’est que de 1.5µS, le régulateur n’a pas le temps de réagir. Voyons à présent plus en détail ce qui se passe lorsque le condensateur a fini de charger ;

SDS00004
La partie positive est moins importante en terme d’amplitude

Lorsque la porte NAND fini de charger le condensateur, le courant qu’elle consommait jusqu’alors est soudainement interrompu. Ainsi la tension s’élève aussi brusquement qu’elle n’a chuté tout à l’heure. Le temps que le régulateur réagisse est très proche de ce que nous avons observé tout à l’heure à savoir environ 1.5µS.


MESURES SUR LA PORTE NAND

 

A présent regardons les courbes et la fréquence obtenue avec la porte NAND. Le circuit est toujours au minimum syndical sans aucun condensateur de découplage, ni sur la porte NAND ni sur le régulateur.

SDS00005
Sortie de la porte, sonde sur la PIN 3 

C’est assez propre, le signal n’est pas un carré parfait tout simplement car on mesure également la tension du condensateur en train de se charger ou décharger. On peut observer les fronts montants qui sont très nets, c’est la commutation de la porte qui se fait. 

SDS00006
Aux bornes du condensateur, amplitude moins importante qu’a la borne 3. 

Voilà pour les mesures sans aucun condensateur de découplage, la sortie de la porte NAND est assez propre malgré l’absence de condensateurs. Par contre au niveau du 7805 c’est moins bon.


AJOUT DES CONDENSATEURS AU REGULATEUR

 

J’ajoute des petits condensateurs au niveau du régulateur de tension au plus près de celui-ci comme recommandé dans les datasheets.

2017-10-06 13_03_06-[ NE555 sirène _] (C__Users_F4HOK-FX_Documents_NE555 sirène)
Ajout de C2 et C3 non polarisés, 100 nF
DSC05328
Le circuit de test

Maintenant je vais regarder en sortie du régulateur la différence avec l’ajout des condensateurs. Le second condensateur n’est pas visible sur cette photo car il est en dessous. 

SDS00007
Sortie du régulateur avec les deux condensateurs de découplage 

On observe que l’amplitude des signaux indésirables est divisée par plus de 3 ! C’est déjà mieux mais il est possible de faire mieux encore, je ne vais pas ajouter de condensateur à ce niveau là. En entrée du régulateur il y a peu de changements;

SDS00008
Entrée du régulateur avec condensateurs 

Il y a peu de changement et pour cause j’utilise une alimentation à découpage, malgré tout, 50 mV de signaux indésirables est pas mal du tout pour ce genre d’alimentations. 


MESURES SUR LA PORTE NAND

 

A présent je vais venir mesurer de nouveau la sortie de la porte NAND, avec le découplage du régulateur mais toujours pas sur le circuit intégré de la porte NAND. 

SDS00010
Sortie de la porte NAND 

Par rapport au premier oscillogramme, la base de temps n’est pas la même, on pourrait penser que la fréquence a augmenté mais en fait non, il suffit de regarder dans le coin supérieur droit pour voir la valeur qui est toujours de 1.9 kHz.

Ensuite il y a des déformations comme si la porte avait du mal à se stabiliser après une commutation, regardons plus en détail cette partie ; 

SDS00009
Détail après commutation porte NAND

L’appel de courant que nous avions observé en sortie du régulateur s’est à présent manifesté sur la porte NAND. Pour palier à ce problème je vais ajouter un condensateur entre le +VCC du circuit intégré et sa masse, toujours au plus proche des bornes.

Le condensateur est un condensateur de récupération, j’ai mis un 10 µF, mais un couple 1µF et 100 nF aurait certainement été plus judicieux. 

SDS00011
Sortie porte NAND avec condensateur de 10µF ajouté

Il y a deux choses qui sautent aux yeux: l’ondulation qui intervenait immédiatement après une commutation a disparu mais la fréquence d’oscillation a diminué. Cette diminution peut s’expliquer car la porte n’est pas totalement parfaite et donc une capacité parasite peut tout à fait se créer et ainsi augmenter naturellement le temps de charge et de décharge. 

SDS00013
Oscillogramme d’une commutation

Voici donc le détail de la commutation, le condensateur se décharge dans un premier temps. Lorsque celui-ci est a une tension suffisamment faible, la porte redevient passante et nous pouvons observer quelque chose d’assez propre. 

 

73s et bonne bidouille

F4HOK

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